(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
型の成型パターンを被成形物に転写するためのインプリント装置であって、
前記型と前記被成形物を流体の圧力によって加圧するための加圧室を有する加圧部と、
前記加圧室内の流体の圧力を受けた前記型および前記被成形物を支持するステージと、
前記加圧室内の流体の圧力を調節する加圧手段と、
前記加圧部と前記ステージを相対的に移動するための開閉手段と、
前記加圧室内の流体の圧力によって生じた力が前記開閉手段に加わるのを防止又は抑制するために、前記加圧部と前記ステージが開くことを抑止する固定具と、
を具備することを特徴とするインプリント装置。
【請求項２】
前記固定具は、相対的に移動可能な第１固定具及び第２固定具からなることを特徴とする請求項１記載のインプリント装置。
【請求項３】
前記第１固定具は、前記加圧部と前記ステージが相対的に移動するための空間を空けて配置され、
前記第２固定具は、前記加圧部が前記型と前記被成形物とを加圧する位置において前記空間に移動可能に形成されることを特徴とする請求項２記載のインプリント装置。
【請求項４】
前記第１固定具と前記第２固定具を相対的に移動する固定具移動手段を具備することを特徴とする請求項２又は３記載のインプリント装置。
【請求項５】
前記固定具移動手段は、前記第１固定具と前記第２固定具を相対的に回転して移動するものであることを特徴とする請求項４記載のインプリント装置。
【請求項６】
前記固定具は、前記加圧室内の流体の圧力によって生じた力を分散して受けるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインプリント装置。
【請求項７】
前記加圧部は、前記型又は前記被成形物と共に前記加圧室を構成する加圧室用筐体と、前記型又は前記被成形物との間を密閉する密閉手段と、からなり、
前記開閉手段は、前記加圧室用筐体と前記型又は前記被成形物との間を開閉するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインプリント装置。
【請求項８】
前記加圧部は、前記型又は前記被成形物と接触する面に配置された可撓性のある膜と、前記膜と共に前記加圧室を構成する加圧室用筐体と、からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧部を固定するための固定具を備えたインプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロオーダ、ナノオーダの超微細なパターンを形成する方法として、ナノインプリント技術が注目されている。これは、樹脂等の被成形物に微細なパターンを有する型を加圧し、熱や光を利用して当該パターンを被成形物に転写するものである（例えば、特許文献１参照）。このインプリント技術においては、転写面積の拡大を図るために、流体圧を利用したインプリント装置が考えられている（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６
【特許文献２】特開２００９−１５４３９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来のインプリント装置は、図７に示すように、被成形物200（又は型100）と共に加圧室51を構成する加圧室用筐体52と、被成形物200（又は型100）との間を密閉する密閉手段54と、加圧室用筐体52と被成形物200（又は型100）との間を開閉する開閉手段８とで構成されている。しかしながら、このような構成では、加圧部５とステージ２を開閉手段８のみで閉じているため、加圧した際に、その力の総てを開閉手段８で支える必要があった。このため、転写面積が大きくなる程、開閉手段８が大型化すると共に、コストが増大するという問題があった。【０００５】
そこで本発明では、転写面積が拡大しても、小型の開閉手段を用いることができるインプリント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のインプリント装置は、型の成型パターンを被成形物に転写するためのものであって、前記型と前記被成形物を流体によって加圧するための加圧室を有する加圧部と、前記加圧部の圧力を受けた前記型および前記被成形物を支持するステージと、前記加圧室内の流体の圧力を調節する加圧手段と、前記加圧部と前記ステージを相対的に移動するための開閉手段と、前記加圧部で生じる力が前記開閉手段に加わるのを抑制するために、前記加圧部と前記ステージを固定する固定具と、を具備することを特徴とする。【０００７】
この場合、前記固定具は、相対的に移動可能な第１固定具及び第２固定具からなる方が好ましい。具体的には、前記第１固定具は、前記加圧部と前記ステージが相対的に移動するための空間を空けて配置され、前記第２固定具は、前記加圧部が前記型と前記被成形物とを加圧する位置において前記空間に移動可能に形成される。【０００８】
また、前記第１固定具と前記第２固定具を相対的に移動する固定具移動手段を具備する方が好ましい。例えば、前記固定具移動手段として、前記第１固定具と前記第２固定具を相対的に回転して移動するものを用いることができる。【０００９】
また、前記固定具は、前記加圧部で生じる力を分散して受けるものである方が好ましい。【００１０】
なお、前記加圧部は、前記型又は前記被成形物と共に前記加圧室を構成する加圧室用筐体と、前記型又は前記被成形物との間を密閉する密閉手段と、からなり、前記開閉手段は、前記加圧室用筐体と前記型又は前記被成形物との間を開閉するものを用いることができる。また、別の加圧部としては、前記型又は前記被成形物と接触する面に配置された可撓性のある膜と、前記膜と共に前記加圧室を構成する加圧室用筐体と、からなるものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のインプリント装置は、加圧部で生じる力が開閉手段に加わるのを抑制するために、加圧部とステージを固定する固定具を用いるので、転写面積が拡大しても、開閉手段として小型のものを用いることができ、インプリント装置のコストも下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における固定時のインプリント装置を示す正面図である。
【図２】本発明における固定解除時のインプリント装置を示す正面図である。
【図３】本発明における加圧部解放時のインプリント装置を示す正面図である。
【図４】図１のＩ−Ｉ線矢印方向を示す平面図である。
【図５】図２のＩＩ−ＩＩ線矢印方向を示す平面図である。
【図６】加圧部の構成を示す概略断面図である。
【図７】従来のインプリント装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のインプリント装置は、図１〜図６に示すように、型100の成型パターンを被成形物200に転写するためのものであって、型100と被成形物200を流体によって加圧するための加圧室51を有する加圧部５と、加圧部５の圧力を受けた型100および被成形物200を支持するステージ２と、加圧室51内の流体の圧力を調節する加圧手段６と、加圧部５とステージ２を相対的に移動するための開閉手段８と、加圧部５で生じる力が開閉手段８に加わるのを防止又は抑制するために、加圧部５とステージ２を固定する固定具１と、で主に構成される。
【００１４】
なお、本明細書中で、型100とは、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などから形成されており、その一端面（成型面）に所定のパターンを有するものを指す。このパターンは、その成型面に精密機械加工を施すことで形成することができる。また、シリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって形成したり、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成したりすることもできる。また、インプリント技術を用いて作製した樹脂製の型を用いることも可能である。この場合、型は、被成形物200の被成形面に対して可撓性のあるフィルム状に形成しても良い。もちろん型100は、微細パターンが形成できるものであれば材料やその製造方法が特に限定されるものではない。
【００１５】
また、型100に形成される成型パターンは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものや、所定の曲面を有するレンズ等の光学素子を転写するためのものも含む。また、成型パターンは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。
【００１６】
また、被成形物200とは、例えば、熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂を指す。
【００１７】
熱可塑性樹脂としては、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等を用いることができる。
【００１８】
光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて成型パターンを形成できるものでもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。
【００１９】
なお、被成形物200は、可撓性のあるフィルム状に形成したものや、シリコン等の無機化合物又は金属からなる基板上に層状に形成したものを用いても良い。
【００２０】
また、図１〜３においては、ステージ２側に型100、加圧部５側に被成形物200が配置されているが、ステージ２側に被成形物200、加圧部５側に型100を配置しても構わない。
【００２１】
加圧部５は、型100と被成形物200を流体によって直接的又は間接的に加圧するための加圧室51を有するもので、例えば、被成形物200（又は型100）と共に加圧室51を構成する加圧室用筐体52と、被成形物200（又は型100）との間を密閉する密閉手段54と、で構成すれば良い。図１には、加圧室用筐体52と被成形物200とで加圧室51を構成した場合を示す。
【００２２】
加圧室用筐体52は、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部を被成形物200（又は型100）によって閉じることにより、密閉された空間である加圧室51を構成するものである。この開口部は、少なくとも被成形物200に転写されるパターン領域より大きく形成される。材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。
【００２３】
密閉手段54は、加圧室51を密閉にするために、加圧室用筐体52と被成形物200（又は型100）との間を密接させるものである。例えば、図１に示すように、密閉手段54としてＯリングを用意すると共に、加圧室用筐体52の側壁52Ａのステージ側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝（図示せず）を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。これにより、被成形物200（又は型100）を加圧室用筐体52とステージ２とによって挟持し、加圧室用筐体52と被成形物200とを密接させることができるので、加圧室51内を密閉することができる。また、加圧室用筐体52と被成形物200（又は型100）との間に傾きがあっても、その平行度がＯリングのつぶし代以内であれば、加圧室51を確実に密閉することができる。
【００２４】
なお、加圧部５をこのように構成する場合、加圧室51を構成する被成形物200（又は型100）に可撓性のあるフィルム状のものを用いれば、被成形面に流体による均一な圧力を加えることができる点で好ましい。
【００２５】
また、加圧部５の別の例としては、図示しないが、被成形物200（又は型100）と接触する面に配置された可撓性のある膜と、当該膜と共に加圧室を構成する加圧室用筐体と、で構成しても良い。
【００２６】
可撓性のある膜の材料としては、例えば、樹脂や薄い金属、ゴム等の弾性体などを用いることができる。また、加圧室側に被成形物200に対して所定波長の光を放射する光源を設ける場合には、当該膜は当該光を透過可能な材料が選択される。膜の厚さは、10mm以下、好ましくは３mm以下、更に好ましくは１mm以下に形成される。
【００２７】
加圧室用筐体は、先の例と同様に、開口部を有する有底筒状に形成される。また、当該加圧室用筐体と膜は接着剤等により固着され、加圧室内が密閉される。なお、当該加圧室用筐体と膜は、上述したのと同様に、Ｏリング等の密閉手段によって密閉しても良い。
【００２８】
ステージ２は、加圧部５の圧力を受けた型100及び被成形物200を支持するためのものである。ステージ２の型100（又は被成形物200）と接触する側の面は、十分に広くて円滑な所望の形状に形成される。材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。また、被成形物200（又は型100）をステージ２側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、被成形物200（又は型100）を加圧室51側から加熱する場合には、ステージ２側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、ステージ表面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源をステージ２側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。また、被成形物200に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型100とステージ２を一体に形成しても良い。例えば、従来はパターンを電気鋳造によって形成した後、パターンの部分のみを切り出して用いているが、これを切り出さずにそのまま用いることができる。
【００２９】
加圧手段６は、型100のパターンを被成形物200に転写可能な圧力まで、加圧室51内の流体の圧力を調節可能であればどのようなものでも良い。例えば、図６に示すように、加圧室用筐体52に加圧室用気体給排流路62を接続し、加圧室用気体給排流路62を介して加圧室51へ空気や不活性ガス等の気体を給気又は排気すれば良い。当該気体の供給には、圧縮された気体を有するボンベやコンプレッサー等の気体供給源61を用いることができる。また、気体の排気には、図示しないが、脱気弁の開閉によって気体を排気するようにすれば良い。なお、適宜安全弁等を設けても良い。
【００３０】
開閉手段８は、加圧部５とステージ２を相対的に移動するためのものである。例えば、加圧室用筐体52と被成形物200（又は型100）とを近接又離間することにより、加圧室51を開閉するもので、例えば加圧室用筐体52を油圧式又は空圧式のシリンダによって移動するものや、電気モータとボールねじによって移動するもの等を適用することができる。図１〜図３においては、天板33に設けられた電動モータ81とボールねじ82によって、加圧部５が固定されている可動板83を移動している。
【００３１】
固定具１は、加圧部５とステージ２を固定し、加圧室51内の流体によって生じた力が開閉手段８に加わるのを防止又は抑制するためのものである。例えば、相対的に移動可能な第１固定具及び第２固定具を設け、第１固定具は、加圧部５とステージ２が相対的に移動するための空間を空けて配置され、第２固定具は、加圧部５が型100と被成形物200とを加圧する位置において当該空間に移動可能に形成すれば良い。また、転写面積が大きくなると、加圧部５で生じる力が大きくなり、これを加圧室用筐体52の中心や端部だけで受けると、加圧室用筐体52に歪が生じる。したがって、固定具１は、加圧部５で生じる力を分散して受けられるよう数や形状を工夫する方が好ましい。特に加圧部５で生じる力によって、固定具や加圧部等に生じるモーメントが小さくなるように構成するのが望ましい。
【００３２】
具体的には、図１〜図５に示すように、ステージ２が載置される基台31と、基台31から垂直方向に配置される複数の第１支柱32と当該第１支柱32に支持される天板33と、当該天板33から垂下する複数の第２支柱34と、で第１固定具を形成する。また、加圧部５が固定された可動板83上に形成された回転可能な回転板41と、当該回転板41上に固定される第３支柱42と、で第２固定具を形成する。
【００３３】
回転板41は、第３支柱42を移動させることができるものであればどのようなものでも良いが、例えば、中心に円状の穴41aを設けて、可動板83に設けられた円状の凸部83aを係合する。また、この回転板41を気体の圧力によって可動板83上に浮揚可能なエアベアリング（図示せず）を当該回転板41側又は可動板83側に設ける。これにより、回転板41を穴と凸部からなる回転軸を中心に回転させることができるので、加圧部５とステージ２の固定を省スペースで行うことができる。
【００３４】
第３支柱42は、加圧室51が閉鎖した際に第２支柱34の下面と回転板41の上面の間に生じる空間の高さよりわずかに低く形成される。これにより、第３支柱42を第２支柱34の下部に円滑に移動できる。なお、第３支柱42の高さは、Ｏリング（密閉手段54）のつぶし代以内で当該空間の高さより小さく形成することができる。
【００３５】
また、第２固定具の別の形態としては、図示しないが、加圧部５が固定された可動板83上に形成され、ガイドによって直線状にスライド可能なスライド板と、当該スライド板上に固定される第３支柱と、を用いても良い。この場合、スライド板は、エアベアリングによって可動板83上を浮揚させることにより、ガイドに沿ってスライドさせることができる。
【００３６】
また、第１固定具と前記第２固定具を相対的に移動する固定具移動手段７を設けても良い。例えば、図４又は図５に示すように、回転板41上に固定された回転ピン71と、可動板83上に固定されると共に、回転ピン71と係合可能な長孔72aを有する係合ブロック72を先端に有するアクチュエーター73と、で構成すれば良い。これにより、アクチュエーター73によって係合ブロック72が直線運動をすると、回転ピン71が長孔内72aを摺動し、回転板41を回転させることができる。
【００３７】
インプリント装置をこのように構成することにより、第２支柱34の下面と第３支柱42の上面を合わせれば、加圧部５とステージ２を固定することができる（図１参照）。したがって、加圧部５で生じる力が開閉手段８に加わるのを防止又は抑制することができ、転写面積が拡大しても開閉手段８として小型のものを用いることができると共に、インプリント装置のコストも下げることができる。また、第２支柱34の下面と第３支柱42の上面をずらすことにより、加圧部５とステージ２の固定を解除することができ（図２参照）、この状態で開閉手段８を用いて第３支柱42の高さ分だけ加圧部５を上昇させ、加圧室51を開放することができる（図３参照）。
【００３８】
なお、本発明のインプリント装置は、型100と被成形物200の周りの雰囲気、特に型100と被成形物200の間の雰囲気を減圧するための減圧室を有する減圧部９を備えていても良い。これにより、型100、被成形物200、ステージ２の間に存在する気体を除去し、型100と被成形物200を均一に押圧することができる。
【００３９】
減圧部９としては、例えば図６に示すように、型100及び被成形物200のいずれか一方又は両方を内包する減圧室91と、減圧室91に接続される減圧室用気体給排流路95と、減圧室用気体給排流路95を介して減圧室91内の気体を排気する減圧用ポンプ96とで構成すれば良い。
【００４０】
減圧室91は、加圧室用筐体52と、加圧室用筐体52の上部から水平に延伸するフランジ部52Ｂと、加圧室用筐体52を覆うようにフランジ部52Ｂから垂下する蛇腹93と、当該蛇腹93とステージ２の間を密閉するシール部材94と、ステージ２とで形成される。したがって、加圧室51も減圧室の一部となる。なお、シール部材94は、蛇腹93のステージ２側に形成された凹状の溝（図示せず）に配置される。また、減圧用ポンプ96は、型100に被成形物200を加圧した際に転写不良が生じない範囲まで減圧室91を減圧できるものであれば良い。なお、蛇腹93、シール部材94は、減圧した際の外力に耐えられる強度を有するものであることは言うまでもない。
【００４１】
また、上述した加圧室用気体給排流路62と減圧室用気体給排流路95を共通にすることも可能である。この場合、まず、加圧室51を解放した状態で減圧室91及び加圧室51の気体を排出して減圧室91内の気体を除去し、次に、加圧室51を閉鎖した後、加圧室51に気体を供給して型100に対し被成形物200を押圧すれば良い。
【００４２】
更に、本発明のインプリント装置には、通常のインプリント装置と同様のその他の機構を備えていても良い。例えば、型100や被成形物200を加熱する加熱手段や冷却する冷却手段、被成形物200に光を照射する光照射手段、等を備えていても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１  固定具
２  ステージ
５  加圧部
６  加圧手段
７  固定具移動手段
８  開閉手段
９  減圧部
51  加圧室
52  加圧室用筐体
54  密閉手段
100  型
200  被成形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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